一种固相法生产乙酰丙酮锌的工艺及装置的制作方法

本发明涉及一种生产乙酰丙酮锌的工艺及装置，特别涉及一种固相法生产乙酰丙酮锌的工艺及装置。
背景技术：
：以聚氯乙烯（pvc）为主要原料可以生产出各类塑料制品，包括板材、管材、管件、异型材料等硬制品和膜、管、鞋、玩具、电缆料、人造革等软制品，在日常用品、工农业等方面应用广泛。然而，由于pvc材料在加工和使用过程中容易产生热降解，导致颜色加深，各项性能也随之降低，因此必须加入稳定剂以防止或缓解其在加工和使用过程中的热降解。热稳定剂种类繁多，主要包括铅盐类、金属皂、有机锡化合物、有机稳定剂和复合稳定剂五大类。随着欧盟及中国等多项法规的相继出台，国内外对热稳定剂的环保要求越来越高，铅等含重金属的热稳定剂逐渐被禁止使用，无毒、环保类热稳定剂的开发和应用成为主要的发展方向。β-二酮类物质毒性低，能显著提高pvc的初期着色性能，延长其热稳定时间，是一种级具发展前景的辅助热稳定剂。然而由于β-二酮类物质具有很强的络合能力，容易使pvc发红，因此，通常将β-二酮与锌络合，降低其络合能力，从而减弱其对pvc制品的着色。乙酰丙酮就是最简单的β-二酮，与锌的络合产品—乙酰丙酮锌，就是一种性能优良，环保高效的热稳定剂，被广泛应用到各行各业，特别是pvc塑料的稳定剂、热稳定剂和抗氧剂。目前，乙酰丙酮锌的制备方法主要有两步液相法、一步液相法和固相法。两步液相法是最为传统的乙酰丙酮锌合成方法，是将金属锌盐与碱溶液反应，得到氢氧化锌溶液，然后再将氢氧化锌与乙酰丙酮反应得到乙酰丙酮锌。先将金属锌可溶性盐加水制成溶液，再加入一定浓度的氢氧化钠溶液，发生苛化反应生产氢氧化锌沉淀，过滤得到氢氧化锌。再将氢氧化锌和乙酰丙酮在水中反应一段时间，过滤得到乙酰丙酮锌沉淀，提纯得到产品。这一工艺显著特点是需要两次用到大量的水作为反应介质，是乙酰丙酮添加量的15-20倍，会产生大量的废水，还使用到碱溶液，这种液相法具有能耗高，效率低，污染重，产能低的缺点。一步液相法是目前经典使用的乙酰丙酮锌合成方法，是直接使用氢氧化锌与乙酰丙酮在水介质中反应得到乙酰丙酮锌。将氢氧化锌加入到水中搅拌，逐步加入乙酰丙酮反应，氢氧化锌与乙酰丙酮在水介质中直接反应，过滤得到乙酰丙酮锌，干燥得到产品。这一工艺在两步液相法上有所提高，不再使用碱溶液，但仍需要大量的水作为反应介质，是乙酰丙酮添加量的10-15倍，会产生大量的废水，这种液相法同样具有能耗高，效率低，污染重，产能低的缺点。还有一些公司，使用甲醇作为反应介质，甲醇在反应过程中起到分散的作用，使乙酰丙酮和氢氧化锌充分的接触反应，可提高纯度。但甲醇是一种易挥发液体，高度易燃，其蒸气与空气混合，能形成爆炸性混合物，危险性极大。甲醇还具有毒性，跟皮肤接触有毒，吸入有毒，对人体危害极大。固相法是近几年研究的乙酰丙酮锌新型生产方法。该方法具有不需要溶剂，操作简单，反应速度快，能耗低，环境友好等优点。乙酰丙酮是一元弱酸，使用固体碱与乙酰丙酮反应，生产乙酰丙酮的简单金属盐类，然后再与金属锌盐络合反应生成乙酰丙酮锌。将固体碱和乙酰丙酮按照一定的比例加到研磨器中研磨，再加入一定量的的金属锌盐研磨成糊状，继续研磨反应成固体粉末，固相反应一段时间后，用水浸泡溶解未反应物，过滤得到乙酰丙酮锌，提纯后得到产品。这固相法工艺相比液相法有所提高，工艺用水减少，能耗低，但仍需要碱作为原料，最后还需要用水溶解未反应物，可见还会产生一定的废水，残留的未反应物导致产品纯度不高。研磨器还可能会用到研磨介质，最后还需要将研磨介质与产品分离，操作繁琐，不能高效生产。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是：针对目前的乙酰丙酮锌的生产工艺中存在的水用量大，能耗高，效率低，污染重，产能低的问题，提供了一种在高剪切力下固相法生产乙酰丙酮锌的工艺及其生产设备。。本发明的技术方案是：一种固相法生产乙酰丙酮锌的工艺，乙酰丙酮、锌的化合物和水以质量比为38-42%:16-24%:38-42%的比例添加到自制的高剪切反应装置中，剪切搅拌反应1.5-2小时，在负压强0-0.1mpa下，温度30-60℃，真空干燥，即得到乙酰丙酮锌。所述的锌的化合物为氢氧化锌、氧化锌或碳酸锌。所述的水为去离子水。所述的去离子水包括离子交换水、电渗析水和重蒸馏水。所述的高剪切力反应装置，包括反应容器和其外衬的夹套，反应容器内部安装有两根∑型搅拌桨，∑型搅拌桨和反应容器外部的电机通过减速器与连轴器连接。所述的夹套侧面设置蒸汽和冷却水进口和蒸汽和冷却水出口。所述的两根∑型搅拌桨反向剪切旋转。所述的∑型搅拌桨为∑型高剪切差速搅拌桨，变频调速。所述的反应容器上方设置测温口。所述的反应容器为耐腐蚀、耐压反应容器。本发明的有益效果：本发明生产乙酰丙酮锌，是一种液-固相反应转变成固相的反应，通过机械搅拌混合，反应物乙酰丙酮和氢氧化锌会在水的催化下接触发生络合反应，反应过程中最先生成的乙酰丙酮锌会包裹住未反应的物料，就会导致反应缓慢甚至反应不完全。通过本发明自制的高剪切反应釜的强力剪切搅拌，反应物料间产生强大的摩擦和挤压，不断对包覆颗粒进行破碎扩散，新的反应物料就能不断接触，产生新的反应区，生成新的目标产物。生成的目标产物不断扩大成核，最终形成完全的反应产物——乙酰丙酮锌。反应机理如下：搅拌混合→剪切扩散→络合反应→扩大成核→生成产物。具体的，乙酰丙酮和金属锌盐在少量水的催化下产生络合反应，产生的乙酰丙酮锌会包裹住未反应的反应物料，就会导致反应缓慢甚至反应不完全。为了使乙酰丙酮和金属锌盐充分完全接触反应，机械搅拌的控制很重要，是整个项目技术是否能够成功的关键。通过反复改进，本发明创新了一种卧式差速σ型双轴搅拌反应装置，在差速σ型双轴搅拌高剪切作用下，反应物料产生了强大的摩擦和挤压，不断对包覆颗粒进行破碎扩散，新的反应物料不断接触，不断产生新的反应区，更在水的催化作用下促使完全反应，不存在结块和死角。故采用本发明设计的高剪切反应装置，很好的解决了产品反应过程中的困难，加快乙酰丙酮锌的完全反应，所得的产品质量稳定可靠。反应结束后，产品中作为催化剂的少量水经过加热真空干燥，以水蒸气的方式排出，这样在反应完全的同时，将产品进行了干燥。在高剪切力的搅拌作用下，物料初步细化成粗粉，最后通过粉碎机粉碎筛分，即可得到成品，收率接近理论值。工艺用水只为乙酰丙酮添加量的1-1.5倍，是液相法用水量的1/10。上述生产工艺，不仅简化了操作步骤，提高了收率，降低了能耗和成本，减少了废水处理费用，更避免了废水对环境的污染问题。整个工艺过程没有废水排放，实现了生产工艺一体化，组合后可实现自动化生产。符合国家绿色环保先进产业的政策导向。附图说明图1为本发明反应装置正向结构示意图；图2为本发明俯向结构示意图。具体实施方式如图1和图2所示，该反应装置包括反应容器4、加料口6和夹套8，电机1与减速器2连接，减速器2与连轴器3连接，连轴器3与反应容器4内安装的∑型搅拌桨9连接，∑型搅拌桨9为2个，并反向剪切旋转，可变频调速；反应容器4为耐酸容器，反应容器4上方设置加料口6、气体进出管道口7和测温口5，反应容器4外设置夹套8，反应容器4下方设置出料口10，夹套8侧面设置蒸汽和冷却水进口11和蒸汽和冷却水出口12，可通过蒸汽或冷却水进行加温或冷却。通过测温口5可以方便测得反应容器4的反应温度；反应原料通过加料口6加入反应容器4内，同时加料口6也可以用作维修口，当装置出现故障后，维修人员可以通过加料口6进入装置内进行检修。实施例1：反应原料：乙酰丙酮1500g（含量99.8%），氧化锌630g（含量99.8%），去离子水1800g。首先将氧化锌和去离子水从加料口（6）加入到反应容器（4）中，开启搅拌桨（9），待氧化锌与水充分混合成稀糊状，缓慢加入乙酰丙酮，继续搅拌，充分剪切搅拌反应2小时后。关闭反应容器，开启蒸汽阀门和抽真空阀门，在负压强0-0.1mpa下，温度30-60℃持续搅拌干燥2小时。水蒸气从气体出口管道（7）排出，待干燥结束后，关闭蒸汽阀门和抽真空阀门。反应干燥结束得到粗粉，通过粉碎机粉碎即得到乙酰丙酮锌（以干品计）成品1931.15g，理论计算应得1968.56g，实际得率98.1%以上得到的乙酰丙酮锌的质量指标检测如表1所示：表1本发明的产品质量检验项目标准要求产品检验结果外观白色粉末符合要求锌含量23.0-26.025.2%干燥失重（70±2℃）≤5.0%3.8%细度0.25mm试验筛通过≥95.099.3%熔点129-133℃132.2℃重金属≤0.0020%＜0.0020%实施例2：反应原料：乙酰丙酮2000g（含量99.7%），氧化锌780g（含量99.7%），去离子水2000g。首先将氢氧化锌和去离子水从加料口（6）加入到反应容器（4）中，开启搅拌桨（9），待氧化锌与水充分混合成稀糊状，缓慢加入乙酰丙酮，继续搅拌，充分剪切搅拌反应2小时后。关闭反应容器，开启蒸汽阀门和抽真空阀门，在负压强0-0.1mpa下，温度30-60℃持续搅拌干燥2.5小时。水蒸气从气体出口管道（7）排出，待干燥结束后，关闭蒸汽阀门和抽真空阀门。反应干燥结束得到粗粉，通过粉碎机粉碎即得到乙酰丙酮锌（以干品计）成品2574.90g，理论计算应得2622.11g，实际得率98.2%以上得到的乙酰丙酮锌的质量指标检测如表2所示：表2本发明的产品质量检验项目标准要求产品检验结果外观白色粉末符合要求锌含量23.0-26.0%23.8%干燥失重（70±2℃）≤5.0%4.2%细度0.25mm试验筛通过≥95.099.4%熔点129-133℃131.3℃重金属≤0.0020%＜0.0020%通过本发明的一种固相法生产乙酰丙酮锌的工艺和装置，简化了操作步骤，提高了收率，还能降低能耗和成本，减少废水处理费用，更避免了废水对环境的污染问题。整个工艺过程没有废水排放，实现了生产工艺一体化，组合后可实现自动化生产，符合国家绿色环保先进产业的政策导向，对保护我国环境资源具有深远的社会意义。生产的乙酰丙酮锌质量稳定可靠，不仅可以满足国内市场需求，还能拓展国际市场。总的来说，该项目的研发实施，具有显著的社会和经济效益。当前第1页12